RU2536754C1 - Combined wave energy converter - Google Patents

Combined wave energy converter Download PDF

Info

Publication number
RU2536754C1
RU2536754C1 RU2013149916/06A RU2013149916A RU2536754C1 RU 2536754 C1 RU2536754 C1 RU 2536754C1 RU 2013149916/06 A RU2013149916/06 A RU 2013149916/06A RU 2013149916 A RU2013149916 A RU 2013149916A RU 2536754 C1 RU2536754 C1 RU 2536754C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pool
wall
wave energy
waves
sea
Prior art date
Application number
RU2013149916/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Демидович Чижиумов
Виктор Михайлович Козин
Анна Александровна Гентова
Ираида Витальевна Каменских
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ")
Priority to RU2013149916/06A priority Critical patent/RU2536754C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536754C1 publication Critical patent/RU2536754C1/en

Links

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Revetment (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: invention relates to the power industry, namely to sea wave energy removal devices in a near-shore area. A combined wave energy converter is made in the form of a hollow reinforced-concrete mass 1 forming a pool having the front (facing to the sea) wall 4 with inlet plate-like valves 8 in the underwater part and an inlet valve in the upper part and a rear wall 6 with an outlet water line and low-pressure hydraulic turbine 11 in the underwater part. The upper valve of the front wall 4 is made in the form of a floating pontoon 9 on a hinged connection, which is inclined inside the pool. On the upper edge of the rear wall there attached by means of a hinge is a flap 12 elevated above the water surface and retained in a vertical position with elastic couplings 13, which is capable of being swung by crests of big waves and has an additional line power takeoff device 14.
EFFECT: invention is aimed at the improvement of the wave energy takeoff efficiency, automatic control and coordination of operation of a combination of different working elements of the device.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам для извлечения энергии морских волн в прибрежной зоне.The invention relates to the field of energy, in particular to devices for extracting the energy of sea waves in the coastal zone.

Из уровня развития техники известна волновая энергетическая установка на основе резервуара или бассейна, заполняемого водой путем перелива гребней волн через фронтальную стенку или концентратор энергии волн (тип OWEC - Overtopping Wave Energy Converter), в частности система TAPCHAN. При повышении уровня воды в резервуаре образуется напор, в результате которого в выходном канале образуется течение, приводящее в действие расположенную в нем низконапорную гидротурбину.A wave power installation based on a reservoir or a pool filled with water by overflowing the wave crests through a front wall or a wave energy concentrator (OWEC type Overtopping Wave Energy Converter), in particular the TAPCHAN system, is known from the level of technology development. When the water level rises in the reservoir, a pressure is formed, as a result of which a flow is formed in the outlet channel, which drives the low-pressure hydraulic turbine located in it.

Из уровня техники известно устройство с раскачиваемой волнами створкой, имеющей положительную плавучесть, шарнирно связанной с фундаментом на дне, приводящей в действие устройство отбора мощности (тип OWSC - Oscillating wave surge converter), в частности система ″Oyster″ (см. US 8004105 B2, 07.02.1981, F03B13/12).The prior art device with a wave swinging wave, having positive buoyancy, pivotally connected to the foundation at the bottom, driving a power take-off device (type OWSC - Oscillating wave surge converter), in particular the ″ Oyster ″ system (see US 8004105 B2, 02/07/1981, F03B13 / 12).

Недостатком OWEC является низкая эффективность, обусловленная высокими потерями энергии волн при их отражении от фронтальной стенки или движении по сужающемуся каналу, а также при плескании в бассейне. Кроме того, эффективная работа устройства OWEC возможна только в узком диапазоне волн. Эффективное использование OWSC возможно только на крупных волнах, когда происходит интенсивное раскачивание створок. Кроме того, для этой конструкции сложно обеспечить безопасность от разрушения штормовыми волнами. Также устройства обоих типов неэффективны в районах с существенными приливно-отливными колебаниями уровня моря.The disadvantage of OWEC is its low efficiency, due to the high loss of wave energy when they are reflected from the front wall or when moving along a narrowing channel, as well as when splashing in the pool. In addition, effective operation of the OWEC device is only possible in a narrow wavelength range. Effective use of OWSC is only possible on large waves, when there is intense swinging of the wings. In addition, it is difficult to ensure safety against destruction by storm waves for this design. Also, both types of devices are ineffective in areas with significant tidal fluctuations in sea level.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство типа OWEC с впускным пластинчатым клапаном над фронтальной стенкой в виде шарнирных пластин с положительной плавучестью и выпускным проточным каналом с турбогенератором (см. RU 2046207 C1, 20.10.1995, F03B 13/26).The technical solution closest to the invention is an OWEC-type device with an inlet plate valve above the front wall in the form of hinged plates with positive buoyancy and an outlet flow channel with a turbogenerator (see RU 2046207 C1, 20.10.1995, F03B 13/26).

Недостатками этого технического решения являются: повышенные потери энергии на отражение волн от фронтальной стенки в море; отсутствие задней стенки бассейна, роль которых играет берег, что в большинстве случаев приведет к большой ширине бассейна и невозможности существенного повышения уровня в нем, следовательно, к малому напору в выпускном отверстии.The disadvantages of this technical solution are: increased energy loss due to reflection of waves from the front wall in the sea; the absence of the back wall of the pool, the role of which is played by the shore, which in most cases will lead to a large width of the pool and the inability to significantly increase the level in it, therefore, to a small pressure in the outlet.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение наиболее полного отбора потенциальной и кинетической энергии волн в широком диапазоне их высот и частот, включая приливно-отливные и штормовые волны, при одновременной защите берега от штормовых волн.The task of the invention is to provide the most complete selection of the potential and kinetic energy of the waves in a wide range of their heights and frequencies, including tidal and storm waves, while protecting the coast from storm waves.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности отбора энергии волн, в обеспечении автоматического регулирования и согласования работы комбинации различных рабочих элементов устройства.The technical result of the invention is to increase the efficiency of energy selection of waves, to ensure automatic regulation and coordination of the combination of various working elements of the device.

Указанный технический результат достигается трехуровневой системой отбора энергии волн (в подводной части, вблизи уровня тихой воды и над поверхностью воды). Сущность изобретения заключается в следующем. Полый железобетонный массив в виде бассейна, закрепленного на дне, имеет стенки, возвышающиеся над водой. В подводной части передней (обращенной к морю) стенки расположены входные клапаны, обеспечивающие заполнение бассейна и уменьшающие отражение волн от стенки в море. Заполнение бассейна водой также происходит путем перелива гребней волн через переднюю стенку, имеющую в верхней части плавучий понтон на шарнирах, играющий роль верхнего клапана, пропускающего внутрь бассейна гребни волн и запирающего обратный перелив воды. Задняя стенка бассейна в подводной части имеет выпускной водовод с низконапорной гидротурбиной, работающей на электрогенератор. На верхней кромке задней стенки на шарнирном соединении установлена створка, вертикально удерживаемая упругими связями, которая раскачивается гребнями крупных штормовых волн, передавая энергию на дополнительное линейное устройство отбора мощности, одновременно уменьшая волны в бассейне, предотвращая обратный перелив, а также преграждая путь штормовым волнам на внутреннюю акваторию.The specified technical result is achieved by a three-level wave energy extraction system (in the underwater part, near the level of still water and above the surface of the water). The invention consists in the following. A hollow reinforced concrete massif in the form of a pool, fixed at the bottom, has walls that rise above the water. The inlet valves are located in the underwater part of the front (facing the sea) wall, which fill the pool and reduce the reflection of waves from the wall into the sea. Filling the pool with water also occurs by overflowing the wave crests through the front wall, which has a floating pontoon in the upper part, which acts as the upper valve, passing wave crests into the pool and blocking the backflow of water. The back wall of the pool in the underwater part has an outlet conduit with a low-pressure hydraulic turbine operating on an electric generator. On the upper edge of the back wall, a hinge is mounted vertically held by elastic ties, which sways by the crests of large storm waves, transmitting energy to an additional linear power take-off device, while reducing waves in the pool, preventing backflow, and blocking the path of storm waves to the inner water area.

Согласование работы нижних клапанов и верхнего понтона передней стенки состоит в следующем. Нижние клапаны, уменьшая отражение волн и предотвращая образование стоячих волн, обеспечивают накат гребней волн на верхний понтон. Одновременное поступление воды в бассейн через нижние клапаны и верхний понтон автоматически обеспечивает эффективный наклон понтона в момент наката гребня волны, что приводит к увеличению высоты гребня.The coordination of the lower valves and the upper pontoon of the front wall is as follows. The lower valves, reducing the reflection of waves and preventing the formation of standing waves, ensure the roll crests of the waves on the upper pontoon. The simultaneous flow of water into the pool through the lower valves and the upper pontoon automatically provides an effective tilt of the pontoon at the time of the wave crest, which leads to an increase in the height of the crest.

Автоматическое согласование работы верхнего понтона передней стенки и створки на задней стенке состоит в следующем. Створка с дополнительным устройством отбора мощности поглощает энергию попавших в бассейн волн, одновременно уменьшая отраженные волны в бассейне и предотвращая их негативное влияние на наклон понтона, при котором обеспечивается эффективный накат внешних волн в бассейн и их поглощение створкой.The automatic coordination of the operation of the upper pontoon of the front wall and the sash on the rear wall is as follows. The shutter with an additional power take-off device absorbs the energy of the waves entering the pool, while simultaneously reducing the reflected waves in the pool and preventing their negative influence on the tilt of the pontoon, which ensures the effective rolling of external waves into the pool and their absorption by the shutter.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: преобразователь энергии морских волн в прибрежной зоне в виде полого железобетонного массива, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку с входными пластинчатыми клапанами в подводной части и входным клапаном в верхней части, и заднюю стенку с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной в подводной части.Restrictive: the energy converter of sea waves in the coastal zone in the form of a hollow reinforced concrete massif forming a pool having a front (facing the sea) wall with inlet plate valves in the underwater part and an inlet valve in the upper part, and a back wall with an outlet water conduit and a low-pressure turbine in underwater part.

Отличительные: верхний клапан передней стенки выполнен в виде наклонного внутрь бассейна плавучего понтона на шарнирном соединении, а на верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности.Distinctive: the upper valve of the front wall is made in the form of a floating pontoon that is inclined inward to the pool at a hinge, and a sash is attached to the upper edge of the rear wall by a hinge, which rises above the surface of the water and is held in a vertical position by elastic ties, able to swing by the crests of large waves and having an additional linear power take-off device.

Новые существенные признаки позволяют повысить эффективность работы установки в условиях широкого спектра высоты волн и переменного уровня за счет комбинирования нескольких средств захвата и преобразования волновой энергии и их расположения относительно друг друга, что обеспечивает их согласованную работу и автоматическое регулирование потоков, уменьшая потери вследствие отражения волн и защищая побережье от штормовых волн.Significant new features make it possible to increase the efficiency of the installation in a wide spectrum of wave heights and variable levels by combining several means of capturing and converting wave energy and their location relative to each other, which ensures their coordinated operation and automatic flow control, reducing losses due to wave reflection and protecting the coast from storm waves.

На чертеже изображен боковой вид преобразователя энергии волн.The drawing shows a side view of the wave energy Converter.

Комбинированный преобразователь энергии волн содержит массив-гигант 1 гравитационного типа, который может быть выполнен из железобетона и дополнительно зафиксирован от смещения сваями 2 и/или балластом 3. Стенки массива (передняя 4, боковые 5 и задняя 6) и днище 7 образуют бассейн. Передняя стенка имеет подводные отверстия с входными пластинчатыми клапанами 8, шарнирно закрепленный понтон 9 с упорами 10. В задней стенке расположено выходное отверстие с низконапорной гидротурбиной 11, шарнирно закрепленная створка 12, удерживаемая в вертикальном положении упругими связями 13, устройство отбора мощности (линейный генератор) 14.The combined wave energy converter contains a giant array 1 of gravity type, which can be made of reinforced concrete and additionally fixed from displacement by piles 2 and / or ballast 3. The walls of the array (front 4, side 5 and rear 6) and bottom 7 form a pool. The front wall has underwater openings with inlet plate valves 8, a pontoon 9 articulated with stops 10. An outlet with a low-pressure hydraulic turbine 11, an articulated sash 12, held vertically by elastic couplings 13, a power take-off (linear generator) is located in the rear wall fourteen.

Установка для преобразования энергии волн работает следующим образом. Набегающая волна открывает клапаны 8 в подводной части передней стенки 4, образуя входной поток воды в бассейн. Уровень воды в бассейне повышается, приподнимая понтон 9. Одновременно гребень волны накатывается на понтон 9 и затем переливается в бассейн. При этом понтон имеет наклон, обеспечивающий увеличение высоты накатывающегося гребня волны. При большом повышении уровня в бассейне, например при значительных приливных или штормовых волнах, понтон 9 может принять вертикальное положение. Для предотвращения его поворота в сторону моря предусмотрены упоры 10. После прохождения вершины волны клапаны 8 в передней стенке закрываются вследствие того, что давление в бассейне в этот момент превышает давление под подошвой волны перед стенкой. Образующийся в бассейне напор воды приводит в движение гидротурбину 11 в задней стенке 6, связанную с электрогенератором. Гребни крупных волн, попавшие в бассейн, отклоняют створку 12, возврат которой в вертикальное положение осуществляется упругими связями 13. Энергия движения створки преобразуется в электрическую линейным генератором 14. Для предотвращения смещения установки экстремальными волнами предусмотрены сваи 2 и/или балласт 3.Installation for converting wave energy works as follows. The incident wave opens the valves 8 in the underwater part of the front wall 4, forming an input flow of water into the pool. The water level in the pool rises, raising the pontoon 9. At the same time, the wave crest rolls onto the pontoon 9 and then overflows into the pool. In this case, the pontoon has a slope, providing an increase in the height of the rolling crest of the wave. With a large increase in the level in the pool, for example, with significant tidal or storm waves, the pontoon 9 can take a vertical position. To prevent it from turning towards the sea, stops 10 are provided. After the wave peak passes, the valves 8 in the front wall are closed due to the fact that the pressure in the pool at this moment exceeds the pressure under the wave sole in front of the wall. The pressure of water formed in the pool drives the hydraulic turbine 11 in the rear wall 6, connected with the electric generator. The crests of large waves entering the pool deflect the leaf 12, the return of which to the vertical position is carried out by elastic bonds 13. The energy of the leaf motion is converted into electric energy by a linear generator 14. To prevent the installation from being displaced by extreme waves, piles 2 and / or ballast 3 are provided.

Ширина и угол наклона понтона при среднем уровне воды в бассейне подбираются из условия достижения наибольшей концентрации энергии на гребнях волн. Впускные клапаны в подводной части передней стенки уменьшают отражение волн, исключают образование стоячих волн перед стенкой, чем способствуют лучшему накату гребней волн и переливу их через плавучий понтон. Створка на задней стенке дополнительно уменьшает отражение волн в бассейне и предотвращает их выплескивание обратно в море, а также защищает побережье от штормовых волн.The width and angle of inclination of the pontoon at an average water level in the pool are selected from the condition of achieving the highest concentration of energy on the crests of the waves. Inlet valves in the underwater part of the front wall reduce the reflection of waves, exclude the formation of standing waves in front of the wall, which contributes to a better roll-up of wave crests and their overflow through a floating pontoon. The shutter on the rear wall further reduces the reflection of waves in the pool and prevents them from splashing back into the sea, and also protects the coast from storm waves.

Для увеличения мощности электростанции и образования защищенной от волн акватории может быть установлено несколько преобразователей в виде волнолома, вытянутого вдоль берега моря.To increase the power of the power plant and the formation of a wave-protected water area, several transducers can be installed in the form of a breakwater extended along the seashore.

Claims (1)

Комбинированный преобразователь энергии волн в виде полого железобетонного массива, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку с входными пластинчатыми клапанами в подводной части и входным клапаном в верхней части и заднюю стенку с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной в подводной части, отличающийся тем, что верхний клапан передней стенки выполнен в виде наклоненного внутрь бассейна плавучего понтона на шарнирном соединении, а на верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности. A combined wave energy converter in the form of a hollow reinforced concrete massif forming a pool having a front (facing the sea) wall with inlet plate valves in the underwater part and an inlet valve in the upper part and a back wall with an outlet water conduit and a low-pressure turbine in the underwater part, characterized in that the upper valve of the front wall is made in the form of a floating pontoon tilted inward to the pool at a hinged connection, and a sash is attached to the upper edge of the rear wall by a hinge towering above the surface of the water and held in a vertical position by elastic bonds, capable of swaying the crests of large waves and having an additional linear power take-off device.
RU2013149916/06A 2013-11-07 2013-11-07 Combined wave energy converter RU2536754C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149916/06A RU2536754C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Combined wave energy converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149916/06A RU2536754C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Combined wave energy converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2536754C1 true RU2536754C1 (en) 2014-12-27

Family

ID=53287451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013149916/06A RU2536754C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Combined wave energy converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536754C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110296035A (en) * 2019-06-19 2019-10-01 华中科技大学 A kind of board-like power generator of wave energy

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU802450A1 (en) * 1979-04-06 1981-02-07 Lichak Ivan P Device for utilization of wave energy
RU2046207C1 (en) * 1993-02-01 1995-10-20 Владимир Александрович Гусев Marine power generating plant
US8004105B2 (en) * 2005-03-23 2011-08-23 Aquamarine Power Limited Wave power energy generation apparatus
RU129568U1 (en) * 2012-10-29 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") COASTAL WAVE ENERGY CONVERTER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU802450A1 (en) * 1979-04-06 1981-02-07 Lichak Ivan P Device for utilization of wave energy
RU2046207C1 (en) * 1993-02-01 1995-10-20 Владимир Александрович Гусев Marine power generating plant
US8004105B2 (en) * 2005-03-23 2011-08-23 Aquamarine Power Limited Wave power energy generation apparatus
RU129568U1 (en) * 2012-10-29 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") COASTAL WAVE ENERGY CONVERTER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110296035A (en) * 2019-06-19 2019-10-01 华中科技大学 A kind of board-like power generator of wave energy
CN110296035B (en) * 2019-06-19 2020-05-19 华中科技大学 Wave energy plate type power generation device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6547753B2 (en) Coast protection and wave energy generation system
US20120237298A1 (en) Under bottom dam wave energy converter
CN103912469A (en) Ocean tidal energy telescoping cylinder water pump
US8033752B2 (en) System for generating energy from sea waves
US9074576B1 (en) Controlled capture of the full ocean wave cycle of energy that is available, horse shoe like shape, (three vectors) and the conversion of that energy into electrical energy using a turbine/generator
AU2012274943A1 (en) Sloping wall channel
CN106351172A (en) Flexible breakwater system
GB2488809A (en) Buoyant weir
CN203362386U (en) Buoyant type protection embankment device capable of generating electricity
TWI659154B (en) Coastal protection and wave energy generation system
RU2536754C1 (en) Combined wave energy converter
WO2008084262A2 (en) Power generation means
CN208965527U (en) Rubbish waterborne intercepts the fence that rubbish is collected with storage device and its using tide
CN208183678U (en) A kind of hydraulic engineering column simple submerged water Fen Shui
DE19726504A1 (en) Wave-breaking sea swell converter
EP2546511B1 (en) Wave energy absorption element
WO2014027295A1 (en) Wave energy converter
KR20110031515A (en) The combined generation apparatus of the basin type from wave power and tide by water pumping
US20190153689A1 (en) Wave Power Plant
AU2015101286A4 (en) Oscillating Water Column Electrical Power Generating System
IL213751A (en) Power generation using a variable height water turbine
WO2011098894A2 (en) Wave energy converter
JP6074421B2 (en) Wave energy absorber unit
RU2536413C2 (en) Wave power station
WO2018132040A1 (en) Hydraulic turbine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151108